(57)【要約】【課題】アクチュエータを大きくせずとも、大きな排圧のもとでも、排気バイパスバルブを確実に閉じることができる排気バイパスバルブを提供する。【解決手段】排気バイパスバルブ４０は、アーム４２及びレバー４３が閉じ側に回動するに従いレバー４３のレバー長Ｌ２が長くなるように変化させることで、アーム４２のレバー長Ｌ１に対するレバー４３のレバー長Ｌ２の比であるレバー比（Ｌ１／Ｌ２）を可変とするレバー比可変機構５０を備え、レバー比可変機構５０は、アクチュエータに連結されたピン５１と、レバー４３に設けられ、ピン５１が係合する円弧状のスリット５２とを有し、アーム４２及びレバー４３が閉じ側に回動する際にピン５１がスリット５２に沿って回動軸４４から離間する方向に移動することで、アーム４２及びレバー４３が閉じ側に回動するに従いレバー４３のレバー長Ｌ２が長くなるように変化させる。【選択図】図１
2013068202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給器のタービンをバイパスする排気バイパス通路と、前記排気バイパス通路を開閉する弁体と、前記弁体を保持するアームと、アクチュエータに連結されたレバーと、前記アーム及び前記レバーが固定された回動軸とを備えた排気バイパスバルブにおいて、
前記アーム及び前記レバーが閉じ側に回動するに従い前記レバーのレバー長が長くなるように変化させることで、前記アームのレバー長に対する前記レバーのレバー長の比であるレバー比を可変とするレバー比可変機構を備え、
前記レバー比可変機構は、前記アクチュエータに連結されたピンと、前記レバーに設けられ、前記ピンが係合する円弧状のスリットとを有し、前記アーム及び前記レバーが閉じ側に回動する際に前記ピンが前記スリットに沿って前記回動軸から離間する方向に移動することで、前記アーム及び前記レバーが閉じ側に回動するに従い前記レバーのレバー長が長くなるように変化させることを特徴とする排気バイパスバルブ。
【請求項２】
前記レバー比可変機構は、前記レバーと前記ピンとの間に介設され、前記ピンを前記回動軸に近接する方向に付勢するリターンスプリングをさらに有する請求項１に記載の排気バイパスバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給器のタービンをバイパスする排気バイパス通路に配設される排気バイパスバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
排気バイパスバルブが用いられる二段過給エンジンは、一般的に図５に示すような回路となっている。
【０００３】
この二段過給エンジン１０では、図５に示すように、エンジン本体１１の吸排気通路１２、１３に直列に高圧段ターボチャージャ（High-pressure turbocharger）２１及び低圧段ターボチャージャ（Low-pressure turbocharger）２２が配設され、高圧段ターボチャージャ２１の高圧段タービン２８をバイパスする高圧段側排気バイパス通路２３に、排気バイパスバルブ４０Ｘが配設されている。二段過給エンジン１０では、低負荷から中負荷時は、排気バイパスバルブ４０Ｘを閉じ、高圧段ターボチャージャ２１を作動させ、中負荷から高負荷時は、排気バイパスバルブ４０Ｘを開き、高圧段ターボチャージャ２１を作動させないようにする。
【０００４】
また、排気バイパスバルブは、一般的に図４に示すような構造となっている。
【０００５】
この排気バイパスバルブ４０Ｘは、図４に示すように、所謂フラップバルブであり、弁体４１と、弁体４１を保持するアーム４２と、弁体４１を着座させるための弁座（バルブシート）４５とを有する。排気バイパスバルブ４０Ｘは、図示しないアクチュエータにより駆動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２０３８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エンジンのダウンサイジング（小型化）が進み過給圧が上がってくると、排気圧（排気マニホールド内のガス圧）Ｐｅも高圧になる。そのため、排気バイパスバルブを閉じる荷重が高くなり、非常に大きなアクチュエータが必要となる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、アクチュエータを大きくせずとも、大きな排圧のもとでも、排気バイパスバルブを確実に閉じることができる排気バイパスバルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するために、本発明は、過給器のタービンをバイパスする排気バイパス通路と、前記排気バイパス通路を開閉する弁体と、前記弁体を保持するアームと、アクチュエータに連結されたレバーと、前記アーム及び前記レバーが固定された回動軸とを備えた排気バイパスバルブにおいて、前記アーム及び前記レバーが閉じ側に回動するに従い前記レバーのレバー長が長くなるように変化させることで、前記アームのレバー長に対する前記レバーのレバー長の比であるレバー比を可変とするレバー比可変機構を備え、前記レバー比可変機構は、前記アクチュエータに連結されたピンと、前記レバーに設けられ、前記ピンが係合する円弧状のスリットとを有し、前記アーム及び前記レバーが閉じ側に回動する際に前記ピンが前記スリットに沿って前記回動軸から離間する方向に移動することで、前記アーム及び前記レバーが閉じ側に回動するに従い前記レバーのレバー長が長くなるように変化させるものである。
【００１０】
前記レバー比可変機構は、前記レバーと前記ピンとの間に介設され、前記ピンを前記回動軸に近接する方向に付勢するリターンスプリングをさらに有するものであっても良い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、アクチュエータを大きくせずとも、大きな排圧のもとでも、排気バイパスバルブを確実に閉じることができる排気バイパスバルブを提供することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気バイパスバルブを示し、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図であり、（ｃ）は作動を示す図である。
【図２】レバーの作動角に対するレバー比の変化を示す図である。
【図３】バルブリフトに対する荷重の変化を示す図である。
【図４】排気バイパスバルブの側断面図である。
【図５】二段過給エンジンの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１４】
図５に本実施形態に係る排気バイパスバルブが用いられる二段過給エンジンを示す。
【００１５】
図５に示すように、二段過給エンジン１０は、エンジン本体１１と、エンジン本体１１に吸気を供給する吸気通路（吸気管）１２と、エンジン本体１１からの排気を排出する排気通路（排気管）１３と、排気通路１３の排気の一部を吸気通路１２に戻すＥＧＲ装置１４と、エンジン本体１１に供給する吸気を昇圧するための二段過給システム１５とを備える。
【００１６】
二段過給エンジン１０は、エンジン本体１１に複数のシリンダ（燃焼室）１６が形成された多気筒エンジン（本実施形態では、四気筒のディーゼルエンジン）であり、シリンダ１６が、吸気通路１２の下流端をなす吸気マニホールド１７と、排気通路１３の上流端をなす排気マニホールド１８とに接続される。
【００１７】
ＥＧＲ装置１４は、排気通路１３と吸気通路１２とを接続するＥＧＲ通路（ＥＧＲ管）１９と、ＥＧＲ通路１９に設けられたＥＧＲバルブ２０とを備える。
【００１８】
二段過給システム１５は、エンジン本体１１の吸排気通路１２、１３に直列に設けられた高圧段ターボチャージャ２１及び低圧段ターボチャージャ２２と、高圧段ターボチャージャ２１の後述する高圧段タービン２８をバイパスする高圧段側排気バイパス通路（高圧段側排気バイパス管）２３と、高圧段側排気バイパス通路２３を開閉して低圧段ターボチャージャ２２のみによる一段過給と高圧段ターボチャージャ２１及び低圧段ターボチャージャ２２による二段過給とを切り換えるための排気バイパスバルブ４０と、高圧段ターボチャージャ２１の後述する高圧段コンプレッサ２９をバイパスする吸気バイパス通路（吸気バイパス管）２４と、吸気バイパス通路２４を開閉する吸気バイパスバルブ２５と、低圧段ターボチャージャ２２の後述する低圧段タービン３０をバイパスする低圧段側排気バイパス通路（低圧段側排気バイパス管）２６と、低圧段側排気バイパス通路２６を開閉するウェイストゲートバルブ２７とを有する。
【００１９】
なお、高圧段ターボチャージャ２１、高圧段タービン２８及び高圧段側排気バイパス通路２３がそれぞれ、本発明の「過給器」、「タービン」及び「排気バイパス通路」を構成する。
【００２０】
高圧段ターボチャージャ２１は、排気通路１３に配設された高圧段タービン２８と、吸気通路１２に配設された高圧段コンプレッサ２９とを有する。また、高圧段ターボチャージャ２１は、低圧段ターボチャージャ２２よりも小さな容量を有する。
【００２１】
低圧段ターボチャージャ２２は、高圧段タービン２８よりも下流側の排気通路１３に配設された低圧段タービン３０と、高圧段コンプレッサ２９よりも上流側の吸気通路１２に配設された低圧段コンプレッサ３１とを有する。また、低圧段ターボチャージャ２２は、高圧段ターボチャージャ２１よりも大きな容量を有する。
【００２２】
高圧段コンプレッサ２９の下流の吸気通路１２には、高圧段コンプレッサ２９（又は低圧段コンプレッサ３１）で過給された吸気を冷却するためのインタークーラ３２が設けられる。
【００２３】
高圧段側排気バイパス通路２３は、高圧段タービン２８の上流と下流とを連通する。本実施形態では、高圧段側排気バイパス通路２３の上流端が排気マニホールド１８に接続され、下流端が高圧段タービン２８と低圧段タービン３０との間の排気通路１３に接続される。
【００２４】
吸気バイパス通路２４は、高圧段コンプレッサ２９の上流と下流とを連通する。本実施形態では、吸気バイパス通路２４の上流端が低圧段コンプレッサ３１と高圧段コンプレッサ２９との間の吸気通路１２に接続され、下流端が高圧段コンプレッサ２９とインタークーラ３２との間の吸気通路１２に接続される。
【００２５】
低圧段側排気バイパス通路２６は、低圧段タービン３０の上流と下流とを連通する。本実施形態では、低圧段側排気バイパス通路２６の上流端が高圧段タービン２８と低圧段タービン３０との間の排気通路１３に接続され、下流端が低圧段タービン３０の下流側の排気通路１３に接続される。
【００２６】
係る二段過給エンジン１０では、低負荷から中負荷時は、排気バイパスバルブ４０を閉じ、高圧段ターボチャージャ２１を作動させ、中負荷から高負荷時は、排気バイパスバルブ４０を開き、高圧段ターボチャージャ２１を作動させないようにする。
【００２７】
図４に排気バイパスバルブの基本構造を示す。
【００２８】
図４に示すように、排気バイパスバルブ４０は、所謂フラップバルブ（flap valve）であり、弁体４１と、弁体４１を保持するアーム４２と、アクチュエータ（例えば、ダイヤフラムアクチュエータ）のシャフト４７に連結されたレバー４３（図１（ａ）参照）と、アーム４２とレバー４３とが固定された回動可能な回動軸４４とを有し、アーム４２が回動軸４４を支点に回動して弁体４１が高圧段側排気バイパス通路２３を開閉するように構成される。また、高圧段側排気バイパス通路２３には、弁体４１を着座させるための弁座（バルブシート）４５が配設される。さらに、高圧段側排気バイパス通路（高圧段側排気バイパス管）２３と排気マニホールド１８との間には、ガスケット４６が介設される。
【００２９】
より詳細には、排気バイパスバルブ４０においては、弁体４１が弁座４５に着座した状態（高圧段側排気バイパス通路２３が閉塞された状態）から、アーム４２が図４において反時計回りに回動すると、弁体４１が弁座４５から離間し、高圧段側排気バイパス通路２３が開放される。一方、弁体４１が弁座４５から離間した状態（高圧段側排気バイパス通路２３が開放された状態）から、アーム４２が図４において時計回りに回動すると、弁体４１が弁座４５に着座し、高圧段側排気バイパス通路２３が閉塞される。
【００３０】
図１に示すように、本実施形態に係る排気バイパスバルブ４０は、アーム４２のレバー長Ｌ１に対するレバー４３のレバー長Ｌ２の比であるレバー比（Ｌ１／Ｌ２）を可変とするレバー比可変機構５０を備えたものである。
【００３１】
より詳細には、本実施形態では、レバー比可変機構５０により、アーム４２のレバー長Ｌ１を一定（固定）とする一方、アーム４２及びレバー４３が閉じ側（排気上流側）に回動するに従いレバー４３のレバー長Ｌ２がＬ２ｍｉｎからＬ２ｍａｘまで連続的に長くなるように変化させることで、レバー比（Ｌ１／Ｌ２）を連続的に可変としたものである。
【００３２】
ここで、アーム４２のレバー長Ｌ１とは、アーム４２における弁体４１との連結部中心から回動軸４４の回転中心までの長さであり、レバー４３のレバー長Ｌ２とは、レバー４３における回動軸４４の回転中心から後述するピン５１の回転中心（又は、シャフト４７との連結部中心）までの長さである（図１（ａ）参照）。
【００３３】
レバー比可変機構５０は、アクチュエータのシャフト４７に連結されたピン５１と、レバー４３に設けられ、ピン５１が係合する円弧状のスリット５２と、レバー４３とピン５１との間に介設され、ピン４３を回動軸４４に近接する方向（図１中において左側）に付勢するリターンスプリング（図例では、コイルスプリング）５３とを有する。
【００３４】
ピン５１の一端部がスリット５２に沿って移動可能にレバー４３に装着されており、他端部にアクチュエータのシャフト４７が係合される。レバー４３が平面視でＬ字状に形成されており（図１（ｂ）参照）、レバー４３の長辺部に回動軸４４が固定されると共にスリット５２が設けられており、短辺部にリターンスプリング５３が固定されている。また、スリット５２は、アクチュエータが配設されている側に凸となる円弧状に形成される。なお、図１（ｂ）中の符号５４は、ピン５１の他端部に設けられた、アクチュエータでレバー４３を引っ張るための穴（即ち、シャフト４７との係合のための穴）を示す。
【００３５】
図１（ａ）及び（ｃ）において、アクチュエータ（シャフト４７）によりレバー４３を引っ張り方向に引っ張ると、排気バイパスバルブ４０は閉じていく。その際、図１（ｃ）に示すように、レバー４３が閉じ側に回動すると共に、ピン５１がレバー４３に設けたスリット５２に沿って、回動軸４４から離間する方向（図１中において右側）に移動していく。引っ張り力の分力によりピン５１がスリット５２の斜面方向に移動するためである。このことにより、レバー比（Ｌ１／Ｌ２）が刻々と図２に示すように変わり、順次小さくなっていく。
【００３６】
一方、排気バイパスバルブ４０が閉じた状態において、アクチュエータ（シャフト４７）によりレバー４３を引っ張り方向と逆方向に押していくと、排気バイパスバルブ４０は開いていく。その際、図１（ｃ）に示すように、レバー４３が開き側に回動すると共に、ピン５１は押し力の分力によりレバー４３に設けたスリット５２に沿って回動軸４４から離間する方向（図１中において右側）に移動しようとする。しかしながら、そのピン５１の動きはリターンスプリング５３によりキャンセルされ、ピン５１は回動軸４４に近接する方向（図１中において左側）に移動し、図１（ａ）に示す元の位置に戻る。このことにより、レバー比（Ｌ１／Ｌ２）が刻々と図２に示すように変わり、順次大きくなっていく。
【００３７】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００３８】
排気バイパスバルブ４０を閉じるのに必要な荷重は、弁体４１が弁座４５に着座する近辺から急激に増える。即ち、排気バイパスバルブ４０が開いているとき（つまり、弁体４１が弁座４５から離間した状態）は、ポート圧（弁体４１よりも下流の高圧段側排気バイパス通路２３内のガス圧）Ｐｐと排気圧（排気マニホールド１８内のガス圧）Ｐｅとが等しい状態（Ｐｐ＝Ｐｅ）であるので、弁体４１は低い荷重で閉じ側（排気上流側）へ閉じていく。弁体４１が徐々に閉じてきて、弁体４１と弁座４５との隙間が狭くなってくると、ポート圧Ｐｐが排気圧Ｐｅよりも低い状態（Ｐｐ＜Ｐｅ）となる。そのため、弁体４１の着座手前から着座までは、弁体４１の全開から着座手前までと比べて、排気バイパスバルブ４０を閉じるのに高い荷重が必要となる。
【００３９】
また、レバー４３のレバー長Ｌ２を長くし、レバー比（Ｌ１／Ｌ２）を小さくすれば、アクチュエータを大きくせずとも、排気バイパスバルブ４０を確実に閉じることはできる。しかし、同じアクチュエータの作動距離では、排気バイパスバルブ４０の開き角α（図４参照）が小さくなり、その開き角αでの通気抵抗が増えてしまう。
【００４０】
よって、「全開〜中間〜着座手前」（図３のグラフの範囲〔１〕）では、レバー比（Ｌ１／Ｌ２）を大きくし、「着座手前〜着座」（図３のグラフの範囲〔２〕）では、レバー比（Ｌ１／Ｌ２）を小さくすると、排気バイパスバルブ４０のバルブリフトも大きく、アクチュエータを大きくせずとも排気バイパスバルブ４０を確実に閉じることができる。そのため、排気バイパスバルブ４０の閉じ力及び開き角αを共に充分に確保することができる。
【００４１】
以上要するに本実施形態に係る排気バイパスバルブ４０によれば、レバー４３のレバー長Ｌ２を閉じ側に回動するに従い長くなるように変化させることで、レバー比（Ｌ１／Ｌ２）を可変としたことで、アクチュエータを大きくせずとも、大きな排圧のもとでも、排気バイパスバルブ４０を確実に閉じることができる。しかも、排気バイパスバルブ４０の開き角αも充分に確保できる。
【００４２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
２１  高圧段ターボチャージャ（過給器）
２３  高圧段側排気バイパス通路（排気バイパス通路）
２８  高圧段タービン（タービン）
４０  排気バイパスバルブ
４１  弁体
４２  アーム
４３  レバー
４４  回動軸
５０  レバー比可変機構
５１  ピン
５２  スリット
５３  リターンスプリング
【図２】
2013068202.tif 000003
【図３】
2013068202.tif 000004
【図５】
2013068202.tif 000005
【図１】
2013068202.tif 000006
【図４】
2013068202.tif 000007